单斜盘错相位双侧柱塞泵结构设计与FLUENT分析

【摘要】柱塞泵是液压系统的动力源，是整个机械装置的能量转换部件，由于具有结构紧凑、泄漏小、在正常工作产生的压力高、易于变量等优点而被各领域技术广泛应用。但由于柱塞泵自身结构以及工作原理在其应用中导致输出压力不稳定性、泄漏量大、机械装置噪声、油路疲劳破坏等缺点引起了各行业专家的高度重视。因此解决其柱塞泵由于输出流量脉动大导致的诸多危害，设计输出流量大、泄漏量小、流量脉动小的柱塞泵具有重大意义。由于柱塞泵的高、低压油腔结构，以及通过内部油腔体积变化引起压力变化的原理进行吸油、排油工作，从而导致其输出的流量曲线具有三角函数曲线形式，从而引起了输出流量脉动，当增加负载正常工作时，引起压力的不稳定性，因此完全避免由于自身工作结构导致的压力脉动无法实现。本文从内部结构分析，通过其输出瞬时流量曲线形式提出降低流量脉动的设计理念，改善柱塞泵内部结构，降低柱塞泵瞬时流量脉动。本文根据柱塞泵输出瞬时流量公式得到其瞬时流量曲线为类似于三角函数曲线，根据数学三角函数曲线叠加原理，提出降低柱塞泵流量脉动的方法，并通过实验数据采集论证；根据结论改进普通柱塞泵内部柱塞、高低压油腔分布情况和斜盘结构，设计一种新型单斜盘错相位双侧柱塞轴向式液压泵，有效改善了输出流量脉动、提高正常工作状况下的输出压力。（1）根据普通轴向柱塞泵的输出流量公式，得出柱塞泵的瞬时流量曲线为三角函数曲线存在其最大值和最小值，流量脉动是相对于瞬时流量平均值的幅值变化量，因此瞬时流量曲线的幅值变化量减小，流量脉动减小。本文引用了两个周期性三角函数曲线错开半个周期相位叠加幅值增大，幅值变化量减小的数学原理，提出两个柱塞泵瞬时流量曲线错相位半个周期叠加瞬时流量增大、流量脉动减小的设计理念。通过设计硬件、软件完成两个型号相同、参数一致柱塞泵错相位半个周期并联安装同步工作的实验装置台，计算其输出的瞬时流量的幅值和脉动系数大小，验证降低流量脉动设计理念的合理性。通过大量的实验数据得出：两个柱塞泵错半个周期相位并联共同工作输出的瞬时流量值比单个轴向柱塞泵输出的瞬时流量增大，流量脉动系数减小。（2）根据上述双泵错相位叠加的理论分析和实验验证，为了减小双泵工作时油液在管路处的泄露，以及双泵之间加工精度差异对流量脉动的影响，本文改进普通柱塞泵结构，设计一种单泵双侧柱塞同时工作的结构，即单斜盘错相位双侧柱塞泵。首先，改善轴向柱塞泵的斜盘和内部油路结构、优化柱塞泵内部柱塞与配流盘的分部情况，设计出一种新型的单斜盘错相位双侧柱塞轴向式液压泵，并通过数学基础计算，得出单斜盘错相位双侧柱塞轴向式液压泵的瞬时输出流量公式，其瞬时流量脉动与单个轴向柱塞泵瞬时输出流量脉动对比，得到单斜盘错相位双侧柱塞轴向式液压泵的流量脉动约等于普通轴向柱塞泵流量脉动的1/4。其次，通过Simulink对单斜盘错相位双侧柱塞泵的瞬时流量理论计算进行仿真分析，根据其输出流量公式在Simulink建立模型，模拟其瞬时流量的曲线形式，并与单个轴向柱塞泵瞬时流量曲线形式对比，得出单斜盘错相位双侧柱塞轴向式液压泵的瞬时流量曲线的幅值比普通轴向柱塞泵瞬时流量幅值增加一倍，流量脉动为其1/4。最后，基于Fluent软件模拟单斜盘错相位双侧柱塞泵的流体实验，根据模型建立、网格划分、条件参数设置等，分析单斜盘错相位双侧柱塞泵的油液流动状态，得到其内部的压力云图、以及出油口的质量流率曲线，根据与普通柱塞泵Fluent模拟的质量流率曲线比较，得出单斜盘错相位双侧柱塞泵的瞬时流量增加一倍，流量脉动值约等于普通柱塞泵的脉动值1/4。
【作者】王小东；
【导师】于立娟；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】液压泵；错相位双侧柱塞；瞬时流量脉动；Simulink仿真分析；Fluent流体流动分析；

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